El Mapeo de Minas Se Vuelve Móvil

Equipo Minero explora el futuro del mapeo de minas a través de drones, robots y equipos mineros autónomos

Por Carly Leonida, Editora Europea

El uso de drones en la minería ha experimentado un auge en los últimos años. Además de estar ampliamente disponibles y a costos razonables, ofrecen múltiples beneficios en materia de seguridad, sobre todo en aplicaciones de mapeo.

Los drones admiten un flujo de trabajo automatizado y permiten recopilar los datos con rapidez, mayor frecuencia y, en muchos casos, con mejor cobertura que a través de los métodos manuales. Las campañas que tradicionalmente requerían un equipo completo durante días o semanas ahora se pueden completar en horas o días con la ayuda de drones.

3GSM se dedica al análisis detallado de rocas y terrenos utilizando imágenes 3D o modelos generados utilizando datos recopilados por drones, explicó Markus Pötsch, gerente de atención al cliente y ventas. “El uso de drones ha permitido la recopilación de un conjunto de datos más exhaustivo,” dijo. “Actualmente, los datos de los taludes altos y los frentes de bancos se pueden recopilar simultáneamente desde el suelo y de la parte superior de los bancos. Los drones tienen la capacidad de cambiar fácilmente su trayectoria de vuelo, altitud y ángulos de cámara, lo cual es difícil o incluso imposible con imágenes puramente terrestres.”

El equipo de 3GSM ha observado que los datos de mapeo recopilados por drones generalmente muestran un mayor nivel de detalle en comparación con los datos recopilados vía terrestre. La cobertura es más completa y los conjuntos de datos tienen un alto nivel de redundancia, lo cual es importante para la generación de modelos 3D.

“La cantidad de datos recopilados por drones para proyectos mineros puede ser abrumadora,” dijo Pötsch. “Es importante que los productos de software puedan manejar esto sin comprometer el rendimiento y la precisión. Las operaciones mineras, particularmente aquellas en áreas remotas, pueden presentar conexiones de red subóptimas, por lo que también es importante tener un software que funcione tanto en los computadores locales como en la nube. El software debe ser capaz de procesar los datos y mostrar los resultados en un computador estándar y debe ser fácil de aprender y fácil de usar con el fin de proporcionar un valor real a las personas y las operaciones.”

“Otra ventaja es que los drones se pueden desplegar durante las operaciones normales (excepto las tronaduras) sin tener que detener ninguna actividad minera,” dijo Christopher Clark, CEO de Delta Drone International. “Los escáneres terrestres requieren múltiples configuraciones, lo cual produce conjuntos de datos de modelos digitales del terreno con grandes lagunas que los hacen inferiores a los datos capturados por drones. Por lo tanto, no son adecuados para producir a diario modelos completos del rajo.”

Con GPS o levantamientos con estaciones totales, las operaciones mineras deben detenerse por razones de seguridad mientras el topógrafo recopila datos. Esto no es deseable y puede provocar paradas, lo que significa pérdida de producción.

LiDAR en Tierra y Bajo Tierra

La tecnología de detección y medición a través de la luz (LiDAR) montada en drones ha evolucionado significativamente en los últimos cinco años, y COVID-19 aceleró aún más su adopción debido a que los aviones tripulados no podían atravesar fácilmente las fronteras durante casi dos años. En tierra, los escáneres LiDAR montados en drones se pueden utilizar para capturar rápidamente gemelos digitales completos y precisos de acopios e infraestructura para cálculos de volumen, monitoreo de estados, detección de cambios, ingeniería inversa y gestión de espacios, entre otras cosas.

Clark explicó: “Tradicionalmente, la tecnología LiDAR para drones ha sido una colaboración torpe entre sensores de primera generación y escáneres láser atornillados de varios fabricantes. Estos componentes no siempre se integraban bien y a veces requerían intervención manual. Además, el excesivo peso físico del sensor restringió las operaciones a grandes drones multi-rotor, lo que limitó alrededor de 12 minutos la autonomía de vuelo.

“La generación actual de sensores LiDAR es significativamente más ligera (alrededor de 750 g) y está mejor integrada, lo cual nos permite operar drones de despegue y aterrizaje vertical de ala fija (VTOL). Estos modelos pueden cubrir más de 350 hectáreas en un solo vuelo de 90 minutos.”

La principal diferencia entre el LiDAR de drones y el tripulado es el tiempo. Las zonas que pueden tardar una semana en captarse con una solución LiDAR basada en drones, pueden captarse con una solución LiDAR tripulada en un solo día. Sin embargo, las restricciones del COVID han repercutido en la disponibilidad de las aeronaves tripuladas, con plazos de entrega que en África se prolongan durante meses. El LiDAR basado en drones es significativamente más rentable para proyectos más pequeños de menos de 10 km² diarios, lo cual permite atender a los clientes que actualmente no cuentan con el servicio de proveedores de LiDAR tripulados.

Si bien las operaciones mineras de superficie han obtenido muchos beneficios, el mayor impacto de los drones en los últimos tres a cinco años ha sido en entornos sin GPS, especialmente bajo tierra. Los drones proporcionan un método seguro y eficaz para recopilar datos de excavación, incluso cuando la rotura de rocas se ha logrado por gravedad, o cuando la excavación es tan grande que la pared colgante está fuera del alcance de los métodos convencionales de soporte del techo y se deja sin soporte. También pueden acceder a frentes de excavación fallidos, zonas que han experimentado un derrumbe, regularmente caserones tronados y labores por hundimiento.

“No siempre es posible facilitar un acceso seguro a las personas a estas excavaciones para medir dimensiones u obtener información sobre los puntos de extracción,” dijo Clark. “Sin embargo, un dron autónomo equipado con la tecnología LiDAR y una cámara puede ingresar a las excavaciones sin poner en peligro al personal, ya que el operador del dron se encuentra en una posición segura bajo tierra.”

A medida que la tecnología de drones es ampliamente aceptada, salen continuamente a la luz nuevas tecnologías. Con cada avance vienen mejores capacidades de inteligencia artificial (IA), vuelos más estables y fuselajes más pequeños que tienen cámaras integradas o modulares.

Drone Nerds se especializa en ayudar a las empresas, incluyendo las mineras, a encontrar la mejor solución para sus necesidades. Giovanni Ruiz, director e ingeniero de soluciones técnicas, explicó.

“La ventaja más importante que ofrecen los drones dentro de las aplicaciones mineras es su capacidad para acceder a zonas estrechas o inestables sin enviar al personal en tierra. Los drones se pueden personalizar con diferentes cargas útiles para diferentes propósitos, como las cámaras optimizadas de imágenes de gas (OGI), cámaras térmicas o equipos LiDAR basados en localización y mapeo simultáneos (SLAM) para mapeo.

Carlos Fraga, director de investigación y desarrollo, agregó: “Debido a que los drones son personalizables según las necesidades de una organización mediante el uso de cargas útiles específicas, se puede mejorar la precisión de la recopilación de datos. Algunos drones pueden soportar hasta tres cargas útiles diferentes a la vez, captando diferentes tipos de datos simultáneamente.

“Los UAVs que están equipados con las herramientas y cargas útiles adecuadas podrán ‘ver’ y capturar datos mucho más rápido que un equipo que realiza las mismas actividades a pie.”

Los datos captados de los caserones se pueden utilizar para evaluar la sobre-excavación y las estructuras geológicas subyacentes, calcular el volumen en caserones y captar la forma final de la cavidad. Los datos proporcionan información que permite a los operadores de minas maximizar la extracción de yacimientos y mejorar el flujo de material.

Los sistemas de monitoreo de cavidades — escáneres láser instalados en el extremo de un poste largo — se usan tradicionalmente para medir cavidades subterráneas después de la tronadura. Para lograr esto, los operadores deben acercarse a la cresta e insertar el poste en el caserón.

Raffi Jabrayan, vicepresidente de desarrollo de negocios y ventas comerciales de Exyn Technologies, explicó: “Además de ser peligroso, el escaneo se capta desde un punto fijo y a menudo puede pasar por alto secciones de la cavidad subterránea. Estas zonas se conocen como “sombras.” “Al utilizar un sistema como el ExynAero subterráneo, los equipos de inspección pueden mantenerse a salvo lejos de la cresta y encargar al robot la misión de explorar el interior de la cavidad y volver a casa con un mapa completo.”

El Dr. Farid Kendoul, CTO y cofundador de Emesent, dijo: “Los métodos de escaneo rápido montados en drones permiten que la recopilación de datos ocurra a intervalos regulares, mejorando el reconocimiento de las tendencias de convergencia y las tasas de cierre y permitiendo la plena autonomía del monitoreo de convergencia.”

SLAM utiliza datos de distancia y sensores para estimar el movimiento del propio sensor de distancias. Una vez que se ha calculado este movimiento, los datos de distancia se pueden proyectar en una trama de coordenadas común para producir un mapa 3D. El movimiento calculado también se puede utilizar para controlar la plataforma robótica que transporta los sensores. En el caso del sistema Hovermap de Emesent, LiDAR y los datos de la unidad de medición interna se utilizan para crear mapas y controlar el vuelo del dron.

Manejo de Macrodatos

Jamie van Schoor, CEO y fundador de Dwyka Mining Services, agregó: “Vemos los drones como una plataforma para proporcionar capacidades repetibles de teledetección y visualización en las faenas mineras. Los sensores combinados que están conectados a los drones están ampliando la información que solíamos ver basada únicamente en la fotogrametría en datos LiDAR.”

La complejidad de las faenas mineras implica que no existe una solución única para todos cuando se trata de tecnologías de mapeo y visualización, y generalmente existen pros y contras respecto al costo de la tecnología, los recursos, más el tiempo que lleva recopilar los datos frente a la solidez y fiabilidad de los datos requeridos.

Uno de los desafíos que van Schoor y muchos de sus colegas mencionaron es el procesamiento de datos posterior a un estudio.

“El procesamiento Edge significa que las empresas ahora pueden acceder a sus datos de escaneo mucho más rápidamente,” dijo. “Pero el gran reto que muchas minas enfrentan es cómo gestionar los crecientes conjuntos de datos con la infraestructura TIC existente, porque ambos no van necesariamente al mismo ritmo. El procesamiento y almacenamiento en la nube de conjuntos de datos de nubes de puntos muy grandes es la respuesta obvia, pero plantea otros retos respecto a garantizar la conectividad y la seguridad.”

RAMJACK Technology Solutions adquirió el especialista en robótica subterránea Inkonova, desarrollador de la plataforma de drones Batonoumous, a principios de este año. El sistema Inkonova utiliza el procesamiento Edge en la plataforma de drones para permitir a los topógrafos ver los datos de escaneo en tiempo real mientras están bajo tierra, lo que ayuda a garantizar una cobertura completa del estudio, reduciendo la necesidad de volver a visitar la zona.

Rupert Birch, director general de Inkonova, dijo: “El procesamiento posterior también es importante, porque si no puede tomar los datos y manipularlos fácilmente en un paquete de planificación minera existente, el proceso queda expuesto a errores y demoras.”

El tamaño de los conjuntos de datos generados por los estudios basados en drones son tanto una oportunidad como un desafío. Si bien estos sistemas ofrecen una cobertura más completa y un mayor detalle que los estudios manuales captados a través de una gran cantidad de puntos de datos, el tamaño del conjunto de datos puede alargar significativamente los tiempos de procesamiento y los requisitos de almacenamiento.

Ben Vagg, gerente global de productos para topografía de Datamine, afirmó: “Con un instrumento de estudio tipo estándar, se pueden recopilar decenas de miles de puntos de datos. Mientras que, con los instrumentos basados en drones, estamos hablando de decenas de millones, si no cientos de millones de puntos de datos. Por lo tanto, hay una discusión pendiente sobre la cantidad de datos que las minas necesitan de manera realista. ¿Están obteniendo más beneficios desde el punto de vista del análisis, en comparación con el tiempo que se demoran en procesar esos datos?

El procesamiento y la eliminación basados en la nube pueden ser de ayuda, pero una vez más, dependen de la conectividad de la mina, así como de las velocidades de carga y descarga. Las minas tienen la oportunidad de buscar formas más inteligentes de gestionar conjuntos de datos muy grandes.

“En aplicaciones a rajo abierto donde se usa más la fotogrametría que la captura de datos LiDAR, el tiempo de respuesta es significativamente mayor, pero realmente genera una representación visual de la mina,” dijo Vagg. “Una mezcla de fotogrametría y captura LiDAR para las operaciones de superficie parece ser el camino más apropiado hoy en día. Bajo tierra, no requiere tanta coloración, por lo que LiDAR es adecuado.”

El Valor de la Autonomía

Diferentes drones tienen diferentes capacidades autónomas; algunos no tienen ninguna, mientras que otros ofrecen una función básica de vuelta a casa en la que el dron regresa automáticamente al punto de origen si pierde la conexión con el control remoto. 

“La detección de obstáculos es otra característica popular,” explicó Fraga de Drone Nerds. “Durante un vuelo, el piloto puede tener un control limitado sobre el dron cuando vuela por zonas donde el alcance visual es limitado. Con la evitación de obstáculos, un dron se configura para volar una misión autónoma y puede reconocer obstáculos potenciales, ajustando así la velocidad, la altitud o la dirección de forma independiente.”

Algunos robots o drones autónomos pueden recibir objetivos de alto nivel, a menudo llamados puntos de ruta, de un operador humano para planificar una misión. En un entorno minero, esto generalmente consiste en “despegar y volar 40 metros hacia adelante en una cavidad abierta” y luego “volar hasta 60 metros” para mapear el resto de la cavidad antes de regresar finalmente a casa. El nivel de autonomía 4A, expuesto por Exyn en su informe de 2021 “Defining Levels of Aerial Autonomy” (Definiendo Niveles de Autonomía Aérea), simplifica este proceso al permitir al operador definir un área de interés para que el robot la explore. Por ejemplo, un equipo de topografía puede dibujar una caja 3D alrededor de una cavidad de tamaño desconocido y el robot seleccionará puntos de interés para capturar un mapa completo de su entorno. Esto permitirá casos de uso como búsqueda y rescate, inspección rápida de infraestructuras y creación rápida de gemelos digitales para entornos de construcción.

El software ExynAI de Exyn Technologies ofrece esta capacidad y es independiente de la plataforma, por lo que se puede utilizar para accionar de forma autónoma una gran variedad de estructuras aéreas para diferentes aplicaciones mineras. 

“Actualmente estamos integrando nuestra tecnología autónoma en un robot Spot de Boston Dynamics,” explicó Jabrayan. “También hemos creado recientemente una prueba de concepto con Sandvik para demostrar cómo podría ser una mina del futuro sin personas bajo tierra. La idea es que el cargador autónomo de Sandvik pueda programarse con una misión autónoma o ser conducido por un operador en la superficie que asigne al robot un caserón o cavidad que desee explorar y mapear. Cuando el cargador llegue a la boca del caserón o cavidad, el ExynAero despegará para explorarlas y regresa al cargador para que ambas máquinas puedan continuar con la siguiente misión. En el futuro, una flota de robots trabajaría bajo tierra con operadores humanos enviando misiones y siguiendo el progreso desde la superficie.”

El sistema Hovermap de Emesent cuenta con un modo de puntos de ruta autónomos que le permite volar de forma autónoma más allá del alcance visual y del rango de las comunicaciones, incluso en entornos sin GPS utilizando puntos de ruta proporcionados por el operador en una tableta y la función de exploración guiada. Hovermap se encarga del resto, navegando a los puntos de ruta, mapeando el área y manteniendo su propia seguridad y la del dron a salvo de obstáculos tan pequeños como 2 mm.

El Dr. Kendoul explicó: “Hovermap también tiene un modo de asistencia al piloto que ofrece prevención omnidireccional de colisiones, capacidad de vuelo dentro del alcance visual sin GPS y control de estabilidad. Básicamente, actúa como una burbuja de seguridad para el dron.

“También estamos comercializando las capacidades autónomas ampliadas de Hovermap que se desarrollaron como parte de nuestra participación en el DARPA Subterranean Challenge. Esto incluye drones habilitados para Hovermap que exploran de forma autónoma más allá del alcance visual y el rango estándar de las comunicaciones, definen sus propias misiones y navegan en entornos subterráneos desconocidos con el objetivo de explorar y buscar en el entorno.”

¿Cómo Será el Futuro?

Hoy en día, apenas estamos arañando la superficie de cómo se pueden implementar los drones y la robótica en la minería.

“Hay un creciente interés en sistemas y operaciones más integrados y autónomos,” dijo el Dr. Kendoul. “En última instancia, la aplicación de la robótica, el aprendizaje automático y la IA tiene el potencial de permitir la automatización completa del flujo de trabajo de una mina, uniendo múltiples procesos autónomos para que la propia mina se convierta en el sistema autónomo, con decisiones clave tomadas por una capa de IA integrada que optimiza todo el proceso.

“Los drones y robots multiagente totalmente autónomos podrían formar una parte fundamental de la infraestructura central, actuando como sensores móviles y recopilando y transmitiendo constantemente datos 4D a una plataforma de gestión de datos en la superficie, con toma de decisiones y acciones automatizadas en tiempo real habilitadas por el aprendizaje automático y la IA.

“Los gemelos digitales ejecutarían miles de simulaciones ‘hipotéticas’ por segundo, analizando y validando datos de múltiples fuentes para identificar ideas, anomalías y optimizaciones. Esos resultados retroalimentarían 24/7 a los robots autónomos que se pondrían a trabajar para hacer los cambios en el mundo real, mientras todo el ciclo continúa en movimiento perpetuo.”

Lograr la automatización total del flujo de trabajo es un desafío, y un paso vital en este camino es la capacidad de integrar los datos capturados de cada proceso, vehículo no tripulado y plataforma de recopilación de datos de la mina en una sola plataforma analítica.

El Hovermap de Emesent ha sido diseñado como una carga útil versátil de conexión y operación (plug and play) que se puede conectar a múltiples dispositivos móviles de recopilación de datos, como drones, vehículos y robots, y también se puede usar como un sensor estático. Esto permite utilizar el mismo marco en cualquier dispositivo, fusionando en última instancia datos de diferentes fuentes y aplicaciones y creando un marco estándar unificado para la autonomía y la detección.

El Dr. Kendoul agregó: “Actualmente estamos preparando una solución pionera en el mundo que utiliza una red de sistemas Hovermap móviles y estáticos para monitorear un entorno minero subterráneo con el objetivo de permitir, en última instancia, las operaciones remotas de un sistema complejo.”